Node.js中的进程与线程

用户1097444

发布于 2022-06-29 14:53:45

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发布于 2022-06-29 14:53:45

文章被收录于专栏：腾讯IMWeb前端团队

1. 回顾进程和线程的定义

进程（Process）是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位。
线程（Thread）是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。

2. Node.js的单线程

Node特点主线程是单线程的一个进程只开一个主线程,基于事件驱动的、异步非阻塞I/O，可以应用于高并发场景。

Nodejs中没有多线程，为了充分利用多核cpu,可以使用子进程实现内核的负载均衡，那我们就要解决以下问题：

Node.js 做耗时的计算时候阻塞问题。
Node.js如何开启多进程。
开发过程中如何实现进程守护。

3. 场景实例

const http = require('http');
http.createServer((req,res)=>{
    if(req.url === '/sum'){ // 求和
        let sum = 0;
        for(let i = 0 ; i < 10000000000 ;i++){
            sum+=i;
        }
        res.end(sum+'')
    }else{
        res.end('end');
    }
}).listen(3000);
// 这里我们先访问/sum，在新建一个浏览器页卡访问/ 
// 会发现要等待/sum路径处理后才能处理/路径

4. 开启进程

Node.js 进程创建，是通过child_process模块实现的：

child_process.spawn(）异步生成子进程。
child_process.fork() 产生一个新的Node.js进程，并使用建立的IPC通信通道调用指定的模块，该通道允许在父级和子级之间发送消息。
child_process.exec() 产生一个shell并在该shell中运行命令。
child_process.execFile() 无需产生shell。

4.1. spawn

spawn产卵，可以通过此方法创建一个子进程：

let { spawn } = require("child_process");
let path = require("path");
// 通过node命令执行sub_process.js文件
let childProcess = spawn("node",['sub_process.js'], {
  cwd: path.resolve(__dirname, "test"), // 找文件的目录是test目录下
  stdio: [0, 1, 2] 
});
// 监控错误
childProcess.on("error", function(err) {
  console.log(err);
});
// 监听关闭事件
childProcess.on("close", function() {
  console.log("close");
});
// 监听退出事件
childProcess.on("exit", function() {
  console.log("exit");
});

stido这个属性非常有特色，这里我们给了0，1，2这三个值分别对应住进程的process.stdin，process.stdout和process.stderr这代表着主进程和子进程共享标准输入和输出：

let childProcess = spawn("node",['sub_process.js'], {
  cwd: path.resolve(__dirname, "test"), // 找文件的目录是test目录下
  stdio: [0, 1, 2] 
});

可以在当前进程下打印sub_process.js执行结果默认在不提供stdio参数时为stdio:['pipe']，也就是只能通过流的方式实现进程之间的通信：

let { spawn } = require("child_process");
let path = require("path");
// 通过node命令执行sub_process.js文件
let childProcess = spawn("node",['sub_process.js'], {
  cwd: path.resolve(__dirname, "test"),
  stdio:['pipe'] // 通过流的方式
});
// 子进程读取写入的数据
childProcess.stdout.on('data',function(data){
    console.log(data);
});
// 子进程像标准输出中写入
process.stdout.write('hello');

使用ipc方式通信，设置值为stdio:['pipe','pipe','pipe','ipc']可以通过on('message')和send方式进行通信：

let { spawn } = require("child_process");
let path = require("path");
// 通过node命令执行sub_process.js文件
let childProcess = spawn("node",['sub_process.js'], {
  cwd: path.resolve(__dirname, "test"),
  stdio:['pipe','pipe','pipe','ipc'] // 通过流的方式
});
// 监听消息
childProcess.on('message',function(data){
    console.log(data);
});
// 发送消息
process.send('hello');

还可以传入ignore进行忽略，传入inherit表示默认共享父进程的标准输入和输出。

产生独立进程:

let { spawn } = require("child_process");
let path = require("path");
// 通过node命令执行sub_process.js文件
let child = spawn('node',['sub_process.js'],{
    cwd:path.resolve(__dirname,'test'),
    stdio: 'ignore',
    detached:true // 独立的线程
});
child.unref(); // 放弃控制

4.2. fork

衍生新的进程,默认就可以通过ipc方式进行通信：

let { fork } = require("child_process");
let path = require("path");
// 通过node命令执行sub_process.js文件
let childProcess = fork('sub_process.js', {
  cwd: path.resolve(__dirname, "test"),
});
childProcess.on('message',function(data){
    console.log(data);
});

fork是基于spawn的，可以多传入一个silent属性来设置是否共享输入和输出。

fork原理：

function fork(filename,options){
    let stdio = ['inherit','inherit','inherit']
    if(options.silent){ // 如果是安静的  就忽略子进程的输入和输出
        stdio = ['ignore','ignore','ignore']
    }
    stdio.push('ipc'); // 默认支持ipc的方式
    options.stdio = stdio
    return spawn('node',[filename],options)
}

到了这里我们就可以解决“3.场景实例”中的场景实例了：

const http = require('http');
const {fork} = require('child_process');
const path = require('path');
http.createServer((req,res)=>{
    if(req.url === '/sum'){
        let childProcess = fork('calc.js',{
            cwd:path.resolve(__dirname,'test')
        });
        childProcess.on('message',function(data){
            res.end(data+'');
        })
    }else{
        res.end('ok');
    }
}).listen(3000);

4.3. execFile

通过node指令，直接执行某个文件：

let childProcess = execFile("node",['./test/sub_process'],function(err,stdout,stdin){
    console.log(stdout); 
});

内部调用的是 spawn方法。

4.4. exec

let childProcess = exec("node './test/sub_process'",function(err,stdout,stdin){
    console.log(stdout)
});

内部调用的是execFile，其实以上三个方法都是基于spawn的。

5. cluster

Node.js的单个实例在单个线程中运行。为了利用多核系统，用户有时会希望启动Node.js进程集群来处理负载。自己通过进程来实现集群。

子进程与父进程共享HTTP服务器 fork实现：

let http = require('http');
let {
    fork
} = require('child_process');
let fs = require('fs');
let net = require('net');
let path = require('path');
let child = fork(path.join(__dirname, '8.child.js'));
let server = net.createServer();
server.listen(8080, '127.0.0.1', function () {
    child.send('server', server);
    console.log('父进程中的服务器已经创建');
    let httpServer = http.createServer();
    httpServer.on('request', function (req, res) {
        if (req.url != '/favicon.ico') {
            let sum = 0;
            for (let i = 0; i < 100000; i++) {
                sum += 1;
            }
            res.write('客户端请求在父进程中被处理。');
            res.end('sum=' + sum);
        }
    });
    httpServer.listen(server);
});

let http = require('http');
process.on('message', function (msg, server) {
    if (msg == 'server') {
        console.log('子进程中的服务器已经被创建');
        let httpServer = http.createServer();
        httpServer.on('request', function (req, res) {
            if (req.url != '/favicon.ico') {
                sum = 0;
                for (let i = 0; i < 10000; i++) {
                    sum += i;
                }
                res.write('客户端请求在子进程中被处理');
                res.end('sum=' + sum);
            }
        });
        httpServer.listen(server);
    }
});

进程与父进程共享socket对象：

let {
    fork
} = require('child_process');
let path = require('path');
let child = fork(path.join(__dirname, '11.socket.js'));
let server = require('net').createServer();
server.on('connection', function (socket) {
    if (Date.now() % 2 == 0) {
        child.send('socket', socket);
    } else {
        socket.end('客户端请求被父进程处理!');
    }
});
server.listen(41234, );

process.on('message', function (m, socket) {
    if (m === 'socket') {
        socket.end('客户端请求被子进程处理.');
    }
});

使用cluster模块更加方便：

let cluster = require("cluster");
let http = require("http");
let cpus = require("os").cpus().length;
const workers = {};
if (cluster.isMaster) {
    cluster.on('exit',function(worker){
        console.log(worker.process.pid,'death')
        let w = cluster.fork();
        workers[w.pid] = w;
    })
  for (let i = 0; i < cpus; i++) {
    let worker = cluster.fork();
    workers[worker.pid] = worker;
  }
} else {
  http
    .createServer((req, res) => {
      res.end(process.pid+'','pid');
    })
    .listen(3000);
  console.log("server start",process.pid);
}